Wasserstofftechnologien

Wasserstoff wird als der Energieträger des 21. Jahrhunderts gehandelt und bietet hohe Flexibilität in diversen Anwendungsgebieten. Wasserstoff hat die höchste theoretische Energiedichte, kann aus Strom, Biomasse oder fossilen Ressourcen erzeugt werden und kann in eine Vielzahl von Produkten umgewandelt werden. Somit kann dieser Energieträger die intersektorale Verknüpfung der Wirtschaft ermöglichen. Damit Wasserstoff nachhaltig genutzt werden kann, muss die Erzeugung aus »grünem« Strom oder nachhaltiger Biomasse (z.B. Rest- und Abfallstoffe) angestrebt werden. Hierfür werden Elektrolyseure und Bioenergieanlagen im Gigawattmaßstab benötigt. Entsprechend ist für die Rückverstromung z.B. in mobilen Anwendungen die Brennstoffzelle eine zentrale Technologie. Um in Zukunft genügend Systeme zu kostengünstigen Preisen anbieten zu können, muss eine automatisierte Produktion der Kernkomponente und aller dazugehöriger Bauteile erfolgen.

Das Fraunhofer-Institut für Produktionstechnik und Automatisierung IPA bietet ein weites Spektrum an Dienstleistungen und Forschungsbereichen an, um die neusten Erkenntnisse der Forschung, auf die Fragestellungen der Industrie zu übertragen.

Neben den fertigungstechnischen Themen bietet das Geschäftsfeld Energie folgende Dienstleitungsangebote im Bereich Wasserstoff:

Erstellung von Studien mit Fokus auf spezielle Technologien oder die Integration von Wasserstoff in bestehende Systeme.
Simulation und Modellierung von Wasserstoffsystemen in Industrie- und Energieanlagen sowie die digitale Abbildung von Fertigungsprozessen und Produkten aus dem Bereich Wasserstoff.
Konzeptionierung dezentraler Energieversorgung auf Wasserstoffbasis.
Die techno-ökonomische und ökologische Bewertung von Wasserstofferzeugungsanlagen (Elektrolyse oder Biowasserstoff) und deren Einbindung in dezentrale Versorgungssysteme
Qualitätskontrolle in der Brennstoffzellen- bzw. Elektrolyseurproduktion und Abbildung der Fertigungsparameter auf die elektrochemische Stackperformance.
Auswahl und Konzeptionierung von HyBECCS-Prozessen und -Anlagen (hydrogen bioenergy with carbon capture and storage) im industriellen Umfeld zur Wasserstoffproduktion mit negativen Emissionen.

Leistungen und Kompetenzen

Unser Dienstleistungsportfolio umfasst die Beratung sowie Forschungs- und Entwicklungsarbeiten in folgenden Bereichen:

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Biologische Wasserstofferzeugung
Das Fraunhofer IPA entwickelt und analysiert Technologien, mit denen aus Rest- und Abfallstoffen Wasserstoff produziert werden kann. Diese Technologien bieten in Verbindung mit Carbon Capture and Storage (CCS) oder Carbon Capture and Use (CCU) die Möglichkeit, einen negativen CO2-Fußabdruck zu erreichen. Das zugehörige Technologiekonzept HyBECCS (hydrogen Bioenergy with Carbon Capture and Storage) wird in mehreren Projekten weiterentwickelt und implementiert. Wir unterstützen Sie beim Transfer des HyBECCS Technologiekonzepts mit individuellen Machbarkeits- und Potenzialanalysen, Simulationen, Demonstratoren und Wirtschaftlichkeitsberechnungen.

Auswahl und Konzeptionierung von HyBECCS-Prozessen und -Anlagen im industriellen Umfeld

Ermittlung von Machbarkeit und Potenzialen

Aufbau von Demonstratoren und Pilotanlagen

Biotechnologische Weiterentwicklung von HyBECCS-Verfahren

Digitale Zwillinge für biointelligente HyBECCS-Technologien

» HyBECCS, Waste-to-Hydrogen und Biowasserstoff
Produktionsplanung und Automatisierung
Im Bereich Wasserstoff unterstützen wir Sie in von der Planung und Auslegung von Fertigungs- und Montagesystemen, Fabrik- und Logistikplanung, Supply Chain Management bis hin zur Planung von relevanten Reinigungsprozessen. Unsere Referenzen reichen von der Elektrolyseur- und Brennstoffzellfertigung bis hin zu Peripheriekomponenten, wie Speichersystemen oder Flachmembranbefeuchtern.

Fertigungsprozesse

Auswahl und Erprobung von möglichen Fertigungstechnologien im Rahmen von Technologiestudien

Sensorbasierte Produktionsdatenaufnahme und Qualitätssicherung

Modellbasierte Verknüpfung von Fertigungsparametern und Produktperformance

Unterstützung bei dem Thema Design for Manufacturing/Fertigungsgerechte Produktgestaltung

Roboterbasierte Handhabung von Komponenten und Bauteilqualifizierung

Planung geeigneter Fertigungs- und Montagesysteme mit Schwerpunkt Stückzahlenskalierung inklusive Auswahl geeigneter Reinigungsprozesse

Fabrik- und Logistikplanung für neue Standorte

Unterstützung bei den Themen Produktionsplanung und Steuerung sowie Supply Chain Management
Digitalisierung und KI
Unser Leistungsangebot umfasst die Digitalisierung von Produktionsprozessen durch eine durchgängige Vernetzung, Virtualisierung und Bereitstellung von Diensten für die Elektrolyseur- und Brennstoffzellenproduktion. Durch diese Maßnahmen streben wir eine Effizienzsteigerung Ihrer Produktion an und ermöglichen Ihnen eine optimierte Nutzung domänenspezifischer Anwendungsfälle.

Auswahl von IT-Plattformen für die Produktion (Brownfield & Greenfield)

IoT-Plattform

MES-/MOM-Lösungen

Aufbau des digitalen Zwillings für die Produktion auf Basis der Verwaltungsschale

Anlagen und weitere Produktionsressourcen

Fabrikübergreifend

Spezifische Produkte (Elektrolyseur / Brennstoffzelle)

Datengetriebene Dienste für die Elektrolyseur- und Brennstoffzellenproduktion

z.B. Tracking & Tracing

QM-Dienste (u.a. Bewertungsdienste für Korrelation zwischen Fehlerauftreten und Produkteigenschaften)

Elektrochemische Modellierung von Wasserstofftechnologien

Alterungsprädiktion (accelerated aging)

Anwendungsspezifische Betriebsoptimierung

Performanceprädiktion
Wasserstoff in industriellen Anwendungen
Im Bereich Wasserstoff bieten wir eine umfassende Beratung und Unterstützung für die industrielle Anwendung von Wasserstoff als Energieträger. Unser Fokus liegt auf der Entwicklung neuer Energieversorgungskonzepte, der Integration von Wasserstoff in bestehende Energieversorgungskonzepte und der Transformation bestehender Energieversorgungssysteme. Wir berücksichtigen dabei nicht nur die Vorteile wie höhere Energieeffizienz, niedrigere Emissionen und Unabhängigkeit von fossilen Brennstoffen, sondern auch die spezifischen Kosten für eine Wasserstoff-basierte Energieversorgung. Darüber hinaus beraten wir Sie techno-ökonomisch bei der Auswahl geeigneter Technologien für Standorte und spezifische Industrieprozesse sowie bei Unterstützung bei der Modellierung von Wasserstofftechnologien zur Weiterentwicklung von Herstelleranlagen.

Planung von Energiesystemen mit Integration von Wasserstoff-Technologien entsprechend Ihrer individuellen Bedürfnisse

Beratung zur Auswahl der am besten geeigneten Technologien für Ihren Standort und spezifischen Industrieprozess

Auslegung und Dimensionierung des Anlagenverbunds

Entwicklung von kundenspezifischen Steuer- und Regelkonzepten sowie deren Implementation

Integration von Wasserstoff in bestehende Energieversorgungssysteme, um effizientere und umweltfreundlichere Lösungen zu ermöglichen

Transformation bestehender Energieversorgungssysteme für den Einsatz von Wasserstoff als Energieträger

Unterstützung bei der Entwicklung von wasserstofffähigen Anlagen durch präzise numerische Simulationen und Modellierungen, um die Leistung und Effizienz Ihrer Anlagen zu optimieren